基于MAX16834的112.5W boost LED驅(qū)動器方案-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯基于MAX16834的112.5WboostLED驅(qū)動器方案-技術(shù)方案本參考設(shè)計采用MAX16834構(gòu)建112.5WboostLED驅(qū)動器，用于驅(qū)動長串LED。這些長串LED被廣泛用于路燈和停車場照明。

輸入電壓：24VDC±5%（1.49A）

VLED配置：兩串并聯(lián)，每串由19只WLED組成，5Ω電阻用于電流平衡。每串電流為750mA，在75V驅(qū)動下提供1.5A的電流。

調(diào)光：50?s（值）導(dǎo)通脈沖，200:1調(diào)光比，100Hz調(diào)光頻率。

注：本設(shè)計已經(jīng)過驗證。但并未進(jìn)行詳細(xì)測試，有些細(xì)節(jié)問題尚需進(jìn)一步測試。

圖1.LED驅(qū)動器電路板

圖2.LED驅(qū)動器原理圖

圖3.LED驅(qū)動器布局

圖4.材料清單

圖5.設(shè)計表格提供了MOSFET和電感的峰值電流和RMS電流。欲索取設(shè)計表格，請聯(lián)系Maxim在當(dāng)?shù)劁N售機(jī)構(gòu)。

圖6.開關(guān)MOSFET的電壓和檢流電阻的電壓

圖7.輸出電壓(交流耦合)和開關(guān)MOSFET檢流電阻的電壓

圖8.漏極電壓上升時間

圖9.漏極電壓下降時間

圖10.LED電壓(交流耦合)和電流紋波

圖11.LED電壓(交流耦合)和MOSFET檢流電壓

圖12.大約150μs的調(diào)光脈沖

圖13.大約50μs的調(diào)光脈沖

圖14.LED串開路OVP

圖15.預(yù)測電感的溫升。計算器來自Coilcraft?提供的設(shè)計支持工具。

電路說明

概述

LED（Light-Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管）是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可超過150lm/W（2022年）。大功率，指發(fā)光功率大，一般指0.5W，1W3W5W或更高的。光強(qiáng)與流明是比小功率大，但同樣散熱也很大，現(xiàn)在大功率都是單顆應(yīng)用，加很大的散熱片。小功率一般是0.06W左右的?，F(xiàn)在LED手電一般是用小功率用的，光散不散，取決于LED的發(fā)光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。市面上的手電筒一般是用草帽頭做的。效果很好?，F(xiàn)在就擔(dān)心有些廠家不重質(zhì)量，拿的次品LED做電筒，用不了多久就有死燈。

本參考設(shè)計用于為長串LED提供高壓boost電流源，長串LED的應(yīng)用不僅限于路燈和停車場照明。長串LED允許采用高性價比的LED驅(qū)動方案，另外，由于各個LED具有相同電流，可以很好地控制亮度變化。本設(shè)計采用24V輸入，可提供高達(dá)75V的LED驅(qū)動輸出，可驅(qū)動1.5ALED燈串。測量到的輸入功率為115.49W，輸出功率為111.6W，具有96.6%的效率。

PCB

MAX16834boost設(shè)計的印制電路板（PCB）采用通用的兩層板（圖1和圖3）。有些PCB功能要求為可選項，測試時并沒有組裝這些電路，原理圖（圖2）中將其標(biāo)注為“no-pop”。由于很多路燈生產(chǎn)廠商沒有適當(dāng)焊接設(shè)備焊接其它形式的封裝，例如TQFN封裝，因此本設(shè)計采用了TSSOP封裝IC。圖4給出本設(shè)計的材料清單。

拓?fù)?/p>

設(shè)計采用工作在200kHz連續(xù)模式的boost調(diào)節(jié)器。圖5所示表格給出了MOSFET和電感的RMS電流和峰值電流。連續(xù)模式設(shè)計能夠保持較小的MOSFET電流和電感電流。從圖6電路波形可以看出，占空比為69%時，MOSFET的導(dǎo)通時間大約為3.4μs，關(guān)斷時間大約為1.5μs。一旦MOSFET關(guān)斷，漏極電壓將上升到輸出電壓與肖特基二極管壓降之和。

MOSFET驅(qū)動

由于采用連續(xù)模式設(shè)計，MOSFET和電感峰值電流低于工作在非連續(xù)模式下的數(shù)值。但是，由于在導(dǎo)通和關(guān)斷期間都有電流流過MOSFET，MOSFET在兩次轉(zhuǎn)換期間存在較大的開關(guān)損耗。如果設(shè)計中存在EMI問題，則改變MOSFET柵極的串聯(lián)電阻R5，以調(diào)整開關(guān)時間。如果這一變化引起功耗過大，可以增加另一個MOSFETQ2，與Q1并聯(lián)，以降低溫升。

輸出電容

驅(qū)動器的輸入和輸出電容可以采用陶瓷電容。陶瓷電容具有更小尺寸，工作更可靠，但容值有限，尤其是在設(shè)計中要求200V的額定電壓。圖5中，設(shè)計表格顯示驅(qū)動器需要一個5.4μF電容以滿足輸出紋波電壓的要求；為降低成本和空間，本電路采用4個1.2μF電容（共4.8μF）。輸出電壓開關(guān)紋波為2.88V（圖10和圖11），紋波電流為182mA，是輸出電流的12%，略大于10%目標(biāo)參數(shù)，但仍然能夠滿足要求。

調(diào)光

MAX16834提供很好的調(diào)光。當(dāng)PWMDIM（第12引腳）為低電平時，將發(fā)生三個動作：，開關(guān)MOSFETQ1的柵極驅(qū)動（NDRV，第15引腳）變?yōu)榈碗娖?，避免額外的能量傳送到LED串；第二，調(diào)光MOSFETQ4的柵極驅(qū)動（DIMOUT，第20引腳）變?yōu)榈碗娖?，降低LED串電流并保持輸出電容電壓固定；每個動作都允許極短的PWM導(dǎo)通時間，因此可提供較高的調(diào)光比。

縮短導(dǎo)通時間主要受限于電感的充電時間，參見圖12和圖13，可以看到電流能夠很好地跟隨DIM脈沖。在電流脈沖的起始位置有衰減，主要是由于電感電流的爬升（大約12μs或2–3個開關(guān)周期）。觀察波形，可以看出需要大約40μs至50μs的時間電壓才能完全恢復(fù)并建立。如果DIM導(dǎo)通脈沖小于50μs，輸出電壓將在下個關(guān)斷脈沖的起始處沒有足夠的時間。在提高DIM占空比之前，將一直持續(xù)這種現(xiàn)象。因此，滿載（1.5A）時，DIM導(dǎo)通脈沖不應(yīng)低于50μs。這意味著100HzDIM頻率下，調(diào)光比為200:1。如果降低LED電流，導(dǎo)通時間可隨之降低，調(diào)光比增大。陶瓷電容表現(xiàn)為壓電效應(yīng)，調(diào)光期間會出現(xiàn)一定的音頻噪聲。不過，通過適當(dāng)電路板布局，可以地降低噪聲。

OVP

圖14中，LED串開路，MAX16834的過壓保護(hù)（OVP）電路在重新啟動之前將首先關(guān)斷驅(qū)動器400ms。因為輸出電容較小，電感儲能可能產(chǎn)生的過沖，因此采用了107V峰值電壓設(shè)置（高于83V設(shè)計值）。

電路調(diào)整及其它輸入、輸出

R15是線性數(shù)字電位器，可以在0A至1.7A之間任意調(diào)節(jié)LED電流。MAX16834具有一個輸入（SYNC），用于同步控制器的開關(guān)頻率。UVEN輸入允許外部控制驅(qū)動器。REFIN輸入端的低阻信號源可以優(yōu)先于電位器設(shè)置，控制驅(qū)動器電流。例如，微控制器經(jīng)過緩沖的DAC可以通過REFIN直接控制LED電流。出現(xiàn)故障（例如OVP）時，F(xiàn)LT#輸出低電平。一旦解除故障，信號變?yōu)楦唠娖?，該信號并不閉鎖。

溫升

測量效率為96.63%（VIN=24.01V、I_IN=1.49A、PIN=115.49W、VLED=74.9V、I_LED=1.49A、POUT=111.60W）。由于電路的頻率較高，驅(qū)動器元件并不發(fā)熱。溫度的元件為調(diào)光MOSFETQ4，溫升大約41°C。這一溫升是由于小尺寸PCB布局造成的，可以通過增大漏極附近的覆銅面積改善。電感尺寸較大，具有23°C的溫升，高于預(yù)期的7°C（圖15）。電感似乎吸收了部分MOSFET熱量，因為它們共用大面積覆銅焊盤。

溫度測量

以下溫度是在實際LED負(fù)載測試中得到的：

VIN:24VDC

Ambient:16°CΔT

L1:39°C23°C

D1:51°C35°C

Q1:51°C35°C

Q3:57°C41°C

IC:33°C17°C

上電步驟

在LED+和LED-之間連接多20只串聯(lián)LED，同時串聯(lián)安培表以測量電流。

在VIN和GND之間連接24V、6A電源。

在連接器J2插入短路器。

打開24V電源。

調(diào)節(jié)R15將電流設(shè)置為0至1.5A。

如果需要調(diào)光，則在DIMIN和GND之間連接PWM信號（0V至3.3V）。

按照上述內(nèi)容調(diào)節(jié)PWM占空比，實現(xiàn)調(diào)光。

參考文獻(xiàn):